半导体合金中的超扩散热传导 -- II. 用于实验分析的截断 L\'evy 形式体系
材料科学
2015-02-13 v2
摘要
几乎所有关于准弹道热流的实验观测都是利用修正热导率的傅里叶理论进行解释的。然而，详细的玻尔兹曼输运方程 (BTE) 分析表明，半导体合金中热能的准弹道运动不再是布朗运动，而是表现出分形维数 的 L\'evy 动力学。在此，我们提出了一种框架，通过现象学地保留准弹道 BTE 动力学的所有基本物理特性，从而实现完整的 3D 实验分析。一个仅含两个拟合参数的随机过程描述了从短长度和时间尺度下的纯 L\'evy 超扩散到常规傅里叶扩散的转变。该模型无需任何“有效”热参数，也无需预先了解微观声子散射机制，即可在全调制频率范围内对时域热反射率原始实验数据提供精确拟合。所识别的 InGaAs 和 SiGe 的 值与从头算 BTE 预测值吻合度在百分之几以内。我们的结果提供了半导体合金中存在分形 L\'evy 热传导的实验证据。该形式体系还表明，材料内部的瞬态温度与傅里叶理论存在显著差异，并有助于改进纳米尺度器件和材料界面的热表征。
引用
@article{arxiv.1406.7342,
title = {Superdiffusive heat conduction in semiconductor alloys -- II. Truncated L\'evy formalism for experimental analysis},
author = {Bjorn Vermeersch and Amr M. S. Mohammed and Gilles Pernot and Yee Rui Koh and Ali Shakouri},
journal= {arXiv preprint arXiv:1406.7342},
year = {2015}
}